JP5815335B2 - シースヒータ - Google Patents
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Description
本願発明者らは、上記課題を解決するため鋭意実験を重ねた結果、この沿面放電の発生の原因が、次の2つの要因の組み合わせによるものであるとの考察に到った。
この構成を採用することによって、本発明では、第1の収容部と第2の収容部との間をシール部によって隔離することで、気密性確保による縁切りを行い、発熱導体を収容する第1の収容部における残存空気が酸化、窒化により消費されて真空となっても、第2の収容部においては真空化させないようにし、真空化に関する沿面放電の第二の要因を排除する。これにより、端子部における沿面放電の発生を抑制することができる。
この構成を採用することによって、本発明では、絶縁粉体の端面上の流動状態のシール材を流し込んでこれを固化して形成したシール部においては、シール材と絶縁粉体とが混じり合った複雑で明確でない沿面となるため、絶縁粉体との隙間に関する沿面放電の第一の要因を排除することができる。これにより、シース部における沿面放電の発生を抑制することができる。
この構成を採用することによって、本発明では、第2の収容部がシール部と端子と管部材とによって形成される。
この構成を採用することによって、本発明では、第2の収容部を縮小させて圧迫することにより絶縁粉体の充填密度を上げ、シール部との間及び端子との間に絶縁粉体を隙間なく充填させ、絶縁粉体との隙間に関する沿面放電の第一の要因を排除する。これにより、端子部における沿面放電の発生をより確実に抑制することができる。
この構成を採用することによって、本発明では、シール部を脆性材料で形成した場合等、圧迫によるシール破壊を抑制することができる。
この構成を採用することによって、本発明では、圧迫部に対して近いシール部の第2の収容部側の沿面においては、隙間なく絶縁粉体を充填させることができる。一方で、端子の第2の収容部側の沿面においては、圧迫部に対してシール部より離れているので絶縁粉体の充填密度は落ちるものの、圧迫の影響を小さくして管部材と端子と間の密封性を確保することができる。
この構成を採用することによって、本発明では、圧迫部が管部材をかしめることで形成される。
この構成を採用することによって、本発明では、端子の沿面に段差形状を設けることにより沿面距離を長くして、沿面放電が生じないようにする。
図1は、本発明の第1実施形態におけるシースヒータ1を示す全体図である。
シースヒータ1は、図1に示すように、シース部10と、シース部10に接続された端子部20とを有する。本実施形態のシースヒータ1は、高温用シースヒータであり、不図示の電源装置から給電を受けて、例えば、800℃以上の高温で加熱を行うことが可能な構成となっている。
シース部10は、図2に示すように、発熱線(発熱導体)2の周りを絶縁粉体3で充填して収容する第1の収容部S1を有する。第1の収容部S1は、一端が閉塞された円管状のシース11によって形成されている。シース11は、耐熱性金属材として、例えばステンレス材から形成されている。
絶縁粉体3は、マグネシア(MgO)を主成分とする無機絶縁粉体であり、第1の収容部S1に充填され、発熱線2とシース11との間に介在している。
セラミック端子22は、ステンレス材から形成されたリード線4を第2の収容部S2の外に引き出す孔部23を有する。セラミック端子22は、端子管21の他端側から中に嵌め込まれて接合される。
第2の収容部S2に充填される絶縁粉体3も同様に、マグネシア(MgO)を主成分とする無機絶縁粉体であり、リード線4と端子管21との間に介在している。
リード線4を介して発熱線2に電圧を印加すると、発熱線2の抵抗加熱によって、シース11が、例えば800℃に加熱される。シース部10においては、発熱線2の高温発熱によって、絶縁粉体3の間隙に残存する空気中の酸素、窒素がシース11と発熱線2の酸化、窒化によって消費され、圧力が低下し、第1の収容部S1における真空度が徐々に上がる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図3は、本発明の第2実施形態におけるシースヒータ1を示す断面構成図である。
以下、実施例により本発明の効果をより明らかにする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
この実施例は、上述した第2実施形態と略同様の構成であるが、第2のリード線(導体)5と、第2の端子管(管部材)21aとを備える点で異なっている。なお、第2のリード線5は、ニッケルから形成され、第2の端子管21aは、コバールから形成されている。
また、実施例において、端子管21の一部としてコバールの第2の端子管21aを用いているのは、セラミック端子22と熱膨張係数が近いためと、ステンレスの端子管21と溶接する前に端子管21,21a内に絶縁粉体3を充填するためである。
図5に示すように、発熱線2の発熱温度を650℃に設定して所定日数、連続通電試験を行った場合には、シース11内部は徐々に負圧になるものの、−0.04メガパスカル(MPa)以上維持されているのが分かる。一方、発熱線2の発熱温度を800℃に設定した場合には、初日で−0.04MPa以下となることから明らかなように、シース11内部は急激に負圧になることが分かる。
その結果、従来品(具体的には、図2に示すシースヒータ1のシール部30が無い構造)では、1500V印加、8秒後に地絡が発生し、基準である60秒(sec)を保持できなかった。一方、新構造品(図4に示すシースヒータ1)は、1500V印加下が、基準である60secを問題なく保持できた。
一方、新構造品では、全てのサンプルについて、絶縁抵抗値の極端な低下も、耐圧試験における地絡も確認されなかった。すなわち、沿面距離延長品では、シール破壊がされた場合であっても、沿面放電が生じないようにする予備的措置として機能していることが分かる。また、ガラスシール品では、沿面放電の要因のうち、真空化に関する要因(第二の要因)を排除することで、沿面放電を抑制できていることが分かる。また、沿面+ガラス品では、沿面放電対策がより確実なものとなっていることが分かる。
なお、低温用シースヒータの場合、端子の段差形状のみであっても、沿面放電対策が可能であることは、表2の沿面距離延長品の結果からも明らかである。
Claims (5)
- 発熱導体の周りを絶縁粉体で充填して収容する第1の収容部を有するシース部と、
前記発熱導体と電気的に接続されると共に前記第1の収容部から引き出された導体の周りを絶縁粉体で充填して収容する第2の収容部を有する端子部と、
前記第1の収容部と前記第2の収容部との間を気密にシールするシール部と、を有し、
前記端子部は、
一端が前記シール部によって閉塞されている前記第2の収容部の他端を閉塞すると共に該第2の収容部の外に前記導体を引き出す端子と、
前記シール部と前記端子との間の前記第2の収容部を囲う管部材と、
前記シール部と前記端子との間で前記第2の収容部を縮小させて圧迫する圧迫部と、を有し、
前記圧迫部と前記端子との間の距離よりも、前記圧迫部と前記シール部との間の距離の方が短いことを特徴とするシースヒータ。 - 前記シール部は、前記第1の収容部に充填された前記絶縁粉体の端面上にシール材を流動状態で流し込み、その後固化することで形成される沿面を有することを特徴とする請求項1に記載のシースヒータ。
- 前記圧迫部は、前記シール部に対し離間して設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のシースヒータ。
- 前記圧迫部は、前記管部材を、かしめることで形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のシースヒータ。
- 前記端子の前記第2の収容部に充填された前記絶縁粉体に面する沿面は、段差形状を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のシースヒータ。
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